Merancang formula plastik antistatik yang seragam untuk extruder pengaduk gigi kembar adalah salah satu pekerjaan yang paling menantang dalam pembuatan polimer karena hasilnya tergantung pada kualitas dispersi dan kimia bahan tambahan. Kerke, pabrik Wanplas, telah menghabiskan lebih dari 12 tahun untuk membangun extruder pengaduk gigi kembar paralel yang berputar searah, yang digunakan di seluruh dunia untuk mengubah resin mentah, karbon hitam, nanotube karbon, dan agen antistatik permanen menjadi pelet dengan resistansi permukaan yang stabil dan dapat diprediksi. Panduan ini menjelaskan mekanisme antistatik, ilmu dispersi, dan pilihan konfigurasi gigi yang menentukan apakah komposisi mencapai resistansi permukaan di bawah 10^9 ohm per persegi untuk tugas antistatik atau di bawah 10^6 ohm per persegi untuk tugas konduktif. Kami juga menunjukkan formula contoh konkret, spesifikasi mesin asli dari seri Kerke KTE, dan tabel seleksi yang mengkaitkan keluaran dan persyaratan bahan dengan model tertentu. Tujuan praktisnya adalah membantu pembuat komposisi, pembuat cetakan, dan produsen masterbatch membangun proses yang dapat diulangi, bukan batch yang beruntung.
Elektrostatis terbentuk ketika dua permukaan terpisah dan salah satu memiliki lebih banyak elektron daripada yang lain. Pada bagian plastik, muatan ini tidak dapat mengalir ke tanah karena sebagian besar polimer merupakan isolator yang sangat baik, sehingga permukaan tetap terisi muatan dan dapat melepaskan muatan sebagai percikan atau menarik debu dan partikel kecil. Formulasi plastik antistatik mengurangi risiko tersebut dengan memberikan permukaan jalur yang terkontrol dan terus-menerus untuk melepaskan muatan. Formulasi plastik konduktif lebih jauh lagi dan menciptakan jaringan perkolasi yang cukup padat untuk meredam muatan hampir seketika. Kedua hasil ini dicapai dengan mencampurkan fase konduktif atau semi-konduktif ke matriks polimer pada ekstruder pencampuran gigi kembar, tetapi kualitas pencampuran yang menentukan produk komersial yang konsisten dari batch yang lolos uji pertama dan gagal uji seratus. Sisa artikel ini berfokus pada cara mendapatkan konsistensi tersebut.
Bagaimana Perilaku Antistatik Bekerja pada Plastik Komposit
Formulasisi plastik antistatik ditentukan oleh kemampuannya untuk menurunkan muatan permukaan menjadi tingkat yang tidak berbahaya, dan kemampuan itu diukur sebagai resistansi permukaan dalam ohm per persegi. Batasan industri yang praktis jelas: senyawa disebut antistatik jika resistansi permukaan berada di bawah 10^9 ohm per persegi, dan disebut konduktif jika nilai tersebut turun di bawah 10^6 ohm per persegi. Di antara dua batasan tersebut, suatu bahan sering dikatakan sebagai material yang dapat menurunkan statis. Memilih target yang tepat sebelum proses pengkomposisian dimulai dapat menghemat bahan pengisi yang terbuang, menghindari bagian yang rapuh, dan menjaga warna dan sifat mekanis yang dapat diterima untuk penggunaan akhir.
Ada empat jalur utama untuk mencapai target resistivitas tersebut, dan masing-masing berperilaku berbeda di dalam extruder pengaduk gigi kembar. Hitam karbon dari kelas konduktif membentuk jaringan fisik dari partikel yang menyentuh; nanotube karbon membentuk jaringan yang lebih halus dengan beban yang jauh lebih rendah; agen antistatik permanen adalah aditif polimerik yang tidak bermigrasi yang membentuk jalur hidrofobik tanpa bergantung pada kelembaban; dan antistatik ionik adalah bahan seperti garam yang memindahkan muatan melalui ion yang dapat bergerak. Dua yang pertama adalah pengisi konduktif yang sebenarnya, sementara dua yang kedua adalah pendekatan berbasis aditif yang biasanya berada dalam kisaran antistatik dan bukan kisaran konduktif. Memahami jalur mana yang sesuai dengan aplikasi adalah langkah pertama dalam desain formula.
Hitam karbon konduktif dan batas perkolasi
Carbon hitam konduktif adalah bahan utama dalam komposisi antistatik dan konduktif karena harganya yang murah dan daya tahannya yang kuat. Partikel-partikelnya kecil dan tidak teratur, dan ketika cukup banyak dari mereka dipaksa berdekatan saat dicampur, mereka menyentuh dan membentuk rantai yang terus-menerus, yang disebut jaringan perkolasi. Resistivitas bagian akhir menurun dengan cepat setelah beban melewati batas perkolasi, yang untuk banyak polimer berada di antara sekitar 8 persen dan 15 persen berat dari carbon hitam. Di bawah batas tersebut, bagian masih isolator; sedikit di atasnya, resistivitasnya antistatik; dan jauh di atasnya, bagian menjadi konduktif tetapi juga gelap, rapuh, dan sulit diproses. Keterampilan pada mesin ekstruder campuran gigi kembar adalah mencapai jaringan secara merata tanpa meninggalkan zona kekurangan lokal yang berfungsi sebagai pulau isolator.
Nanotubuh karbon untuk konduktivitas dengan beban rendah
Nanotubuh karbon mencapai perkolasi dengan beban karbon hitam yang sangat kecil, sering berada dalam kisaran 1 hingga 3 persen berat, karena rasio aspek yang tinggi memungkinkan jaringan yang jarang tetap terhubung. Beban yang rendah ini menjaga warna polimer dasar dan sifat mekanisnya jauh lebih baik daripada karbon hitam, itulah mengapa nanotubuh muncul dalam komponen anti-statik dan pengaman pengeluaran listrik statis yang berkualitas. Perbandingan ini adalah biaya, yang membuatnya berada dalam kisaran biaya tinggi hingga sangat tinggi, dan kebutuhan akan dispersi yang sangat baik karena satu paket yang tidak terdisperse adalah investasi yang sia-sia. Extruder pengaduk gigi kembar dengan blok penciptaan yang ditempatkan dengan baik adalah cara standar untuk mengelupas dan mendistribusikan nanotubuh tanpa memecahkannya menjadi potongan-potongan yang tidak aktif.
Agens antistatik permanen versus jenis migrasi
Agens antistatik permanen adalah aditif polimerik yang tidak bermigrasi yang tetap berada di dalam komposisi dan membentuk jalur mikrohidrofobik ke permukaan, memberikan kinerja antistatik jangka panjang bahkan setelah pencucian berulang. Mereka kadang-kadang disebut sebagai agen antistatik internal. Sebaliknya, antistatik ionik atau bermigrasi berkembang perlahan ke permukaan dan bergantung pada kelembaban lingkungan untuk membawa muatan; efeknya berkurang dengan waktu dan pencucian. Untuk formula plastik antistatik dengan konduktivitas yang seragam yang harus bertahan selama pemotongan, pengiriman, dan layanan, jenis permanen lebih disukai, dan biasanya ditambahkan dengan kadar 2 persen hingga 6 persen berat. Aditif ini jarang mencapai tingkat konduktif, sehingga mereka dipilih ketika tujuan antistatik di bawah 10^9 ohm per persegi cukup dan warna atau transparansi harus dipelihara.
Tujuan resistivitas dan cara verifikasi mereka
Resistivitas permukaan diukur dengan probe lingkaran berkoncentris atau probe dua titik di bawah kelembaban yang dikontrol, biasanya 23 derajat Celsius dan kelembaban relatif 50 persen, sesuai dengan standar seperti IEC 60093 atau ASTM D257. Resistivitas volume menceritakan kisah yang terkait namun berbeda dan berguna untuk bagian konduktif yang tebal. Produsen harus menyetujui metode pengujian dan waktu kondisi dengan pelanggan sebelum menutup formula, karena satu bola dapat membaca secara berbeda di bawah kondisi kelembaban dan peristirahatan yang berbeda. Tabel di bawah ini menyajikan rentang target umum dan keluarga aditif yang biasanya mencapai masing-masing.
| Band kinerja | Resistansi permukaan (ohm per persegi) | Rute penambahan yang biasa | Penggunaan akhir umum |
|---|---|---|---|
| Isolasi (basis) | Melebihi 10^12 | Tidak ada | Paket umumnya, bodi |
| Antistatik | 10^9 hingga 10^12 | Permanent antistatik agent, jenis ionik | Film, tray, wadah kosmetik |
| Dissipatif statis | 10^6 hingga 10^9 | Campuran hitam karbon rendah, nanotube karbon | Pengolahan elektronik, ruang bersih |
| Konduktif | Di bawah 10^6 | Hitam karbon konduktif, nanotube karbon | Lantai ESD, pelindung kabel, kotak |
Protokol pengukuran yang andal adalah yang mengubah satu kali pengukuran yang baik menjadi formula plastik antistatik konduktif yang dapat dijual. Produsen harus mengepang setiap sampel selama minimal 24 jam pada suhu 23 derajat Celsius dan kelembaban relatif 50 persen sebelum diproses, karena kelembaban yang diserap oleh agen antistatik hidrofilik atau pembawa poliamida mengubah nilai pengukuran dengan angka yang jauh. Minimal lima pengukuran per plakat, yang dilakukan pada titik yang berbeda, mengungkapkan zona lemah lokal yang akan disembunyikan oleh satu pengukuran pusat, dan rata-rata bergerak antar batch produksi berturut-turut menunjukkan apakah peta gigi mengalami pergeseran. Ketika standar deviasi resistivitas permukaan dalam satu dekade, komposisi siap untuk diproduksi; ketika bergerak lebih luas, solusi hampir selalu lebih baik dengan dispersi melalui blok pengadukan yang diposisikan ulang atau pemasok samping daripada tambahan bahan pengisi. Dokumentasi protokol bersama dengan peta elemen gigi berarti operator baru dapat meniru hasilnya pada shift yang berbeda, yang merupakan perbedaan antara keasyikan laboratorium dan masterbatch komersial yang dapat ditentukan dengan percaya diri oleh pelanggan.
Mengapa Extruder Campuran Twin-Screw Menyediakan Konduktivitas yang Seragam
Extruder campuran gigi ganda adalah mesin yang tepat untuk komposisi antistatik dan konduktif karena dispersi, bukan hanya pencairan, adalah langkah pengendalian. Gigi ganda yang berputar bersamaan memungkinkan produsen untuk menempatkan blok pengadukan, elemen terbalik, dan pemasok samping pada posisi yang tepat sepanjang tabung sehingga pencairan dengan gesekan tinggi terjadi setelah polimer meleleh tetapi sebelum melamin dipompa ke die. Kerke membangun seri KTE dari extruder campuran gigi ganda untuk pekerjaan ini secara khusus, dan prinsip desain di bawah ini diambil dari cara mesin tersebut dikonfigurasi untuk produksi masterbatch dan plastik yang diubah.
Peran blok pengadukan dalam memecah agregat
Blok pengadukan adalah jantung dispersi pada extruder campuran gigi ganda. Mereka adalah tumpukan elemen berbentuk lensa atau bilobal yang memiliki sudut yang berlawanan yang menciptakan stagnasi dan pembaruan yang berulang pada melamin, memaksa agregat hitam karbon atau nanotube untuk ditekan dan dipisahkan. Blok pengadukan 30 derajat atau 45 derajat memberikan gesekan moderat untuk pencairan distribusif, sementara blok pengadukan 60 derajat atau 90 derajat memberikan gesekan agresif yang memecah agregat yang keras. Menempatkan dua atau tiga zona blok pengadukan dengan wilayah gesekan rendah yang singkat di antara mereka memungkinkan melamin untuk beristirahat dan bereagregasi lebih sedikit, yang merupakan trik standar untuk mencapai jaringan yang seragam tanpa menggesekkan polimer ke degradasi.
Pemberian pakan sampingan untuk pengisian bahan penuh yang tinggi
Carbon black dan banyak bahan pengisi konduktif memiliki kepadatan relatif yang sangat rendah dan menampung udara, sehingga menumpuk 15 persen bahan pengisi melalui hopper utama akan menyebabkan banjir pada zona pakan dan menyebabkan pengadukan yang buruk. Feeder samping, terutama feeder samping dengan dua propeler, menambahkan bahan pengisi ke bawah aliran setelah polimer telah mencair dan cairan sudah dippressurisasi, sehingga bahan pengisi langsung masuk ke zona gesekan yang tinggi. Perubahan tunggal ini sering kali yang membuat formulasi dari tidak seragam menjadi seragam. Kerke menyediakan feeder samping dengan dua propeler, feeder penurunan berat, feeder cair, dan feeder crammer sebagai bagian dari sistem pemberian pakan, yang memungkinkan meter lini untuk menambahkan carbon black, masterbatch, dan agen antistatik cair secara terpisah dan dapat diulang.
Pemisahan masterbatch sebelumnya untuk melindungi resin dasar
Salah satu cara yang dapat diandalkan untuk menjaga formula plastik antistatik yang seragam tetap stabil adalah dengan membuat masterbatch yang berkonsentrasi terlebih dahulu, kemudian menurunkan masterbatch ke resin alami di mesin pembentukan atau dalam tahap ekstrusi kedua. Penggunaan karbon hitam atau nanotube dalam pembawa dengan kadar 30 persen hingga 50 persen pada ekstruder pengaduk ganda memindahkan pekerjaan dispersi yang paling sulit ke lingkungan yang terkontrol, dan langkah penurunan jauh lebih mudah. Logika dua tahap ini adalah alasan mengapa banyak produsen menjalankan jalur KTE untuk masterbatch dan tahap kedua untuk komposisi akhir, dan juga alasan mengapa sistem ekstrusi dua tahap ada dalam produk Kerke untuk bahan yang tidak dapat diselesaikan dalam satu tahap.
Geometri dan konsistensi baut yang dapat membersihkan diri sendiri
Pengaturan baut Kerke KTE dirancang dengan bantuan komputer menggunakan profil co-type yang memberikan kemampuan pembersihan yang sangat baik, yang penting untuk bahan antistatik karena sisa bahan konduktif yang tersisa di tabung dari warna sebelumnya dapat mencemari proses berikutnya dan menciptakan titik-titik panas dalam konduktivitas. Kemampuan berganti-ganti yang baik dari elemen baut dan tabung berarti mesin yang sama dapat diatur ulang untuk pembuatan masterbatch konduktif berwarna hitam di pagi hari dan bahan antistatik permanen berwarna terang di siang hari dengan peta elemen yang terverifikasi. Keterulangan ini yang membuat pabrik dapat mengklaim bahwa setiap batch memiliki resistansi permukaan yang konsisten.
Produk utama: Extruder compounding serangkaian KTE
Seri KTE mencakup mesin berputar bersamaan mulai dari unit laboratorium KTE-16B hingga garis produksi KTE-135D, dengan diameter silinder yang sama dengan nomor model dan rasio L/D yang dapat diatur sesuai dengan rumus. Garis produk di bawah ini memberikan diameter silinder dan rentang keluaran yang umum untuk pekerjaan masterbatch antistatik dan konduktif; keluaran yang tepat tergantung pada resin pembawa, pengisian pengisi, dan konfigurasi silinder, dan Kerke mengonfirmasi tingkat akhir selama uji coba.
| Model | Diameter baut (mm) | Perbandingan L/D yang biasa | Produksi rata-rata (kg/jam) | Peran yang paling cocok |
|---|---|---|---|---|
| KTE-16B | 16 | 36 hingga 44 | 0,5 hingga 5 | Uji formulasi, R&D |
| KTE-25 | 25 | 36 sampai 48 | 2 sampai 15 | Baris uji, masterbatch warna |
| KTE-36 | 36 | 36 sampai 52 | 10 sampai 60 | Bahan antistatik dalam jumlah kecil |
| KTE-65 | 65 | 36 sampai 52 | 80 sampai 400 | Kompon antistatik permanen |
| KTE-95 | 95 | 40 sampai 52 | 400 sampai 1500 | Masterbatch hitam konduktif |
| KTE-135D | 135 | 40 sampai 52 | 1000 hingga 3500 | Baris konduktif dalam jumlah besar |
Setiap mesin KTE dirancang agar struktur tabung, pengaturan baut, exhaust, pemberian, dan kontrol listrik dapat dioptimalkan untuk bahan. Produsen yang mengembangkan formula plastik antistatik dengan konduktivitas yang seragam biasanya akan memulai pada KTE-16B atau KTE-25 untuk mengatur peta elemen, kemudian menyesuaikan peta yang sama pada KTE-65 atau KTE-95 untuk produksi. Kerke, pabrik Wanplas, mendukung peningkatan skala tersebut dengan perpustakaan elemen baut yang disetel bersama sehingga hasil laboratorium dapat dipindahkan ke garis pabrik.
Menggabungkan Aditif Antistatik dan Konduktif
Pemilihan keluarga tambahan adalah keseimbangan antara target resistivitas, warna, dampak mekanis, dan biaya. Tabel perbandingan di bawah ini adalah ringkasan praktis yang dibutuhkan seorang formulator sebelum membuka mesin ekstruder pengaduk dua silinder. Pencampuran diberikan sebagai persentase berat rata-rata; jumlah yang tepat diatur pada mesin. Biaya ditunjukkan sebagai kelas, Rendah, Menengah, Tinggi, Sangat Tinggi, atau Premium, karena harga resin dan bahan pengisi yang absolut berubah sesuai dengan pasar dan tidak boleh pernah disebut sebagai angka tetap dalam dokumen teknis.
| Tambahan | Pencampuran rata-rata (% berat) | Konduktivitas permukaan yang dapat dicapai (ohm per sq) | Kelas biaya | Dampak warna |
|---|---|---|---|---|
| Hitam karbon konduktif | 8 hingga 15 | 10^3 hingga 10^7 | Rendah | Hitam, tidak transparan |
| Nanotubus karbon | 1 sampai 3 | 10^4 hingga 10^7 | Sangat Tinggi | Abu-abu terang hingga hitam |
| Agens antistatik permanen | 2 hingga 6 | 10^8 hingga 10^11 | Media | Dekat dengan alam, sedikit kabut |
| Antistatik ionik (bermigrasi) | 0,5 hingga 2 | 10^9 hingga 10^12 | Rendah | Transparan mungkin |
| Serat karbon (pendek) | 10 hingga 20 | 10^2 hingga 10^6 | Tinggi | Berbintik, serat terlihat |
| Serat baja | 2 hingga 6 | 10^2 hingga 10^5 | Premium | Bintik metalik |
Tabel ini membuat trade-off utama menjadi jelas: karbon hitam murah dan terjamin konduktif, tetapi selalu hitam, sementara agen antistatik permanen menjaga warna tetapi hanya mencapai band antistatik. Formulasitor yang membutuhkan bagian berwarna terang di bawah 10^9 ohm per persegi biasanya beralih ke nanotube karbon atau campuran serat baja, menerima kelas yang lebih mahal. Pada mesin ekstrusi campuran gigi ganda, persyaratan dispersi juga meningkat karena bahan tambahan menjadi lebih mahal, karena dispersi yang buruk membuang bahan penutup yang mahal.
Kompatibilitas dan keterkaitan untuk jaringan yang lebih baik
Karbon hitam dan nanotube bersifat polar dan tidak menempel pada poliolefin non-polar dengan baik, sehingga jumlah kecil kompatibilis atau pembawa yang digraft dengan anhidrid maleat meningkatkan dispersi dan menahan jaringan di tempat. Untuk pembawa polipropilen, ini sering berarti menggunakan polipropilen yang digraft dengan anhidrid maleat sebagai bagian atau seluruh resin pembawa. Logika yang sama berlaku ketika bahan tambahan adalah agen antistatik permanen yang harus tetap terdistribusi daripada bermigrasi ke satu lapisan. Penghilangan yang baik mengurangi ukuran agregat dan menurunkan batas perkolasi, yang berarti lebih sedikit bahan penutup untuk resistansi yang sama dan bagian akhir yang lebih kuat.
Konfigurasi Screw dan Efeknya pada Dispersi
Salah satu alat terbesar yang dapat dikontrol oleh produsen pada mesin ekstrusi campuran gigi ganda adalah konfigurasi gigi. Tabel di bawah ini memaparkan beberapa pilihan elemen umum ke hasil dispersi untuk formula antistatik atau konduktif. Ini adalah titik awal; peta akhir dikonfirmasi pada jalur uji Kerke. Variabel utama adalah jumlah dan posisi blok pengaduk, rasio L/D yang dihabiskan di zona dispersif, dan apakah pemasok sampingan digunakan untuk bahan penutup.
| Elemen konfigurasi | Jumlah dan posisi blok pengaduk | L/D zona dispersif | Efek dispersi | Terbaik untuk |
|---|---|---|---|---|
| Distribusi yang lembut | 2 blok pada 30 derajat, tengah tabung | 4 sampai 6 | Shear rendah, campuran yang seragam | Agens antistatik permanen |
| Carbon black standar | 3 blok pada 45 sampai 60 derajat, setelah pengisian samping | 8 sampai 12 | Membongkar agregat | 8 sampai 15 persen masterbatch hitam |
| Nanotube agresif | 3 hingga 4 blok pada 60 hingga 90 derajat, zona terpisah | 10 hingga 14 | Mengelupas bundel | Let-down karbon nanotube |
| Masterbatch dua tahap | Blok berat terlebih dahulu, blok ringan kedua | 12 hingga 16 | Konsentrasi kemudian homogenisasi | 30 hingga 50 persen konsentrat |
Kecepatan putar dan suhu cairan berinteraksi dengan konfigurasi. Kecepatan putar yang lebih tinggi meningkatkan gesekan dan membantu dispersi, tetapi juga meningkatkan suhu cairan, dan beberapa agen antistatik dan pengemulsi rusak jika suhu cairan terlalu tinggi. Extruder pengaduk ganda Kerke yang berjalan menjaga suhu dalam silinder teratur sehingga polimer mencair lebih awal, zona dispersif berjalan cukup panas untuk menurunkan viskositas untuk pengadukan, dan zona pengukuran sedikit mendingin sebelum pompa cairan atau die untuk melindungi aditif yang sensitif terhadap suhu. Mesin Kerke menggunakan kontrol loop pada zona silinder dan kecepatan putar sehingga operator mengulangi profil termal yang sama setiap kali menjalankan.
Ventilasi dan kontrol kelembaban
Banyak senyawa antistatik sensitif terhadap kelembaban, dan karbon hitam konduktif membawa udara permukaan yang harus dikeluarkan agar tidak membentuk celah dan melemahkan jaringan. Silinder yang dilengkapi dengan ventilasi dengan satu atau dua port devolatilasi memungkinkan udara yang tertangkap dan kelembaban sisa keluar di bawah vakuum. Untuk senyawa antistatik permanen dalam pengemulsi poliamida, pengeringan resin sebelum pengisian dan ventilasi selama ekstrusi sangat penting untuk menghindari hidrolisis yang akan menurunkan berat molekul dan merusak sifat mekanis. Silinder KTE dapat dikonfigurasi dengan port keluar pada posisi yang dibutuhkan formula.
Spotlight produk: extruder ganda silinder laboratorium untuk pengembangan formula
Sebelum berkomitmen pada jalur produksi, sebagian besar pelanggan Kerke mengembangkan formula plastik antistatik yang seragam pada extruder ganda silinder laboratorium. Ini dibangun untuk uji coba formula, uji, dan penelitian, dengan geometri berputar bersama yang sama dengan unit KTE produksi sehingga peta elemen ditransfer langsung. Spesifikasi standar untuk unit laboratorium tercantum di bawah ini; mereka disesuaikan untuk batch kecil di mana pengukuran resistivitas dan sifat mekanis per perubahan putaran adalah pekerjaan sehari-hari.
| Parameter | Extruder ganda silinder laboratorium | Catatan untuk pekerjaan antistatik |
|---|---|---|
| Diameter mata paku | 16 hingga 25 mm | Sama dengan KTE-16B dan KTE-25 |
| Perbandingan L/D | 36 hingga 48 dapat diatur | Ruang untuk mengaduk dan mengeluarkan udara |
| Kecepatan paku | Maksimal 600 rpm | Sweep shear lebar untuk percobaan |
| Pengisian | Hopper utama ditambah opsi pengisian samping | Percobaan penambahan bahan pengisi di bawah |
| Kapasitas produksi | 0,5 hingga 15 kg/jam | Cukup untuk sampel percobaan pembentukan |
Contoh formulasi dan resistivitas target
Contoh formulasi berikut adalah titik awal yang dapat diisi oleh produsen ke dalam ekstruder pengaduk ganda dan diadjust. Pengganti adalah polipropilen dan akrilonitril butadien stiren karena ini adalah dasar yang paling umum untuk bagian antistatik dan konduktif, tetapi logika yang sama berlaku untuk polietilen, poliamida, dan elastomer termoplastik. Pencampuran karbon hitam dari 8 persen hingga 15 persen sesuai dengan kebutuhan struktur, dan tambahan lain seperti antioksidan, kompatibilis, dan agen pelicin terdaftar di mana mereka melindungi komposisi. Resistivitas permukaan target adalah nilai yang diharapkan setelah dispersi yang merata; pengujian yang tidak merata akan menunjukkan nilai yang lebih tinggi.
| Formulasisi | Pengganti (% berat) | Karbon hitam (% berat) | Tambahan lain (% berat) | Resistivitas permukaan target (ohm per sq) |
|---|---|---|---|---|
| PP konduktif hitam | PP 85 | 12 | Antioksidan 0,3, kompatibilis 2,7 | 10^4 hingga 10^6 |
| PP pelindung statis | PP 92 | 8 | Antioksidan 0,3, kompatibilis 1,7 | 10^7 hingga 10^9 |
| ABS antistatik | ABS 94 | 0 | Permanent antistatik agent 5, antioksidan 0,3, pelumas 0,7 | 10^8 sampai 10^10 |
| ABS nanotube konduktif | ABS 97,5 | 0 | Nanotube karbon 2, kompatibilisator 0,5 | 10^4 hingga 10^6 |
| PP nanotube warna terang | PP 97,7 | 0 | Nanotube karbon 1,5, kompatibilisator 0,8 | 10^6 sampai 10^8 |
| PE black bin grade | PE 86 | 13 | Antioksidan 0,3, pelumas 0,7 | 10^3 sampai 10^5 |
Formulasisi ini sengaja dibuat sederhana agar langkah dispersi, bukan resep, menjadi variabel yang diuji. Dalam praktiknya, masterbatch warna atau masterbatch penambah dapat sudah mengandung sebagian dari karbon hitam, dan extruder pengaduk ganda hanya perlu menurunkannya dan mengembalikan homogenitasnya. Ketika seorang pelanggan menjalankan PE black bin grade, misalnya, tujuannya adalah untuk menghasilkan bagian yang dapat melepaskan muatan statis dalam waktu sepersekian detik sehingga tidak dapat menyulut uap yang mudah terbakar di dalam gudang; jangkauan resistivitas di bawah 10^6 ohm per persegi adalah target keamanan, dan jaringan yang seragam adalah yang menjamin setiap butiran dan setiap bin yang diproduksi memenuhi standar tersebut.
Jendela pemrosesan untuk rumus contoh
Untuk formula berbasis polipropilen, suhu silinder biasanya berkisar dari 180 derajat Celsius pada bagian masuk hingga 220 derajat Celsius pada zona dispersi, kemudian menurun menjadi 210 derajat Celsius pada alat cetak. Acrylonitrile butadiene styrene dapat menoleransi jendela serupa, tetapi lebih sensitif terhadap panas, sehingga zona dispersi dijaga pada suhu sekitar 210 derajat Celsius dan kecepatan putar cukup rendah untuk menghindari degradasi termal yang akan membuat bagian menjadi kuning. Agens antistatik permanen ditambahkan melalui pemasok samping atau pemasok cair setelah polimer meleleh sehingga mereka terdistribusi dan tidak mengalami degradasi terlalu cepat. Setiap jendela ini diidentifikasi pada garis Kerke selama uji dan kemudian disimpan sebagai resep dalam sistem kontrol.
Industri Aplikasi dan Produk Akhir
Formulasisi plastik antistatik yang memiliki konduktivitas seragam mencapai pasar melalui banyak produk akhir, dan ekstruder pengaduk gigi kembar yang membuat pellet hanyalah langkah pertama. Kerke, pabrik Wanplas, melayani produsen masterbatch, pengolahan plastik teknis, dan pembuat bahan modifikasi yang pada gilirannya menyuplai industri di bawahnya. Menyusun formulasi ke produk akhir memastikan bahwa pengembangan tetap fokus pada resistivitas dan warna yang sebenarnya dibeli oleh pelanggan.
Pemrosesan komponen elektronik
Permintaan terbesar yang stabil untuk bahan antistatik dan disipatif statis terdapat di industri elektronik, di mana tray, tabung, gulungan, dan kotak pengiriman harus melindungi perangkat yang sensitif dari pengisapan elektrostatis. Bagian-bagian ini memerlukan resistansi permukaan dalam kisaran 10^6 hingga 10^9 ohm per persegi dan biasanya memiliki warna yang cerah agar kode dapat dicetak. Sebuah nanotubus karbon atau formula hitam karbon rendah pada garis KTE adalah contoh yang umum, dan komponen tersebut sering kali merupakan komponen yang diproduksi melalui pemanasan dan pengecoran (molded) dari ABS atau PP. Tugas compounder adalah menjaga resistivitas yang seragam di seluruh palet pelet agar tidak ada satu tray pun yang menjadi titik lemah.
Paket untuk barang yang mudah terbakar dan berupa bubuk
Pemrosesan bubuk, pengisian pelarut, dan lokasi dengan atmosfer yang berbahaya membutuhkan wadah yang tidak dapat menghasilkan percikan. Bin konduktif, wadah berkapasitas besar yang fleksibel, dan liner drum yang terbuat dari polietilen atau polipropilen yang diisi dengan karbon hitam masuk ke dalam kelompok ini, dengan resistansi di bawah 10^6 ohm per persegi. Formulasi ini gelap dan sensitif terhadap biaya, sehingga karbon hitam konduktif dengan kadar 12 persen hingga 15 persen pada KTE-95 atau KTE-135D dengan throughput tinggi adalah pilihan yang ekonomis. Pengalaman Wanplas di berbagai pabrik menunjukkan bahwa devolatilasi yang konsisten adalah yang mencegah celah kecil dan titik lemah pada bagian yang sangat penting dari segi keselamatan.
Perlindungan otomotif dan kabel
Interior mobil menggunakan bahan antistatik untuk mencegah pengaruh debu pada dashboard dan trim, sementara industri kabel menggunakan bahan konduktif untuk lapisan pelindung dan layar semikonduktor. Keduanya membutuhkan kontrol resistivitas yang ketat dan sifat mekanik yang baik, dan keduanya biasanya diproduksi sebagai masterbatch pada ekstruder pengaduk ganda kemudian dijatuhkan oleh pengecor. Plastik teknis seperti poliamida dan polibutil tereftalat yang diisi dengan karbon hitam atau serat karbon sering digunakan di sini, dan seri KTE menangani suhu cair yang lebih tinggi yang dibutuhkan resin ini.
Produk medis, kosmetik, dan konsumen
Di mana warna dan kejelasan lebih penting daripada mencapai lapisan konduktif, agen antistatik permanen menjadi dominan. Gelas kosmetik, casing perangkat medis, dan kemasan konsumen premium menggunakan senyawa yang hampir alami yang tetap antistatik setelah dicuci, yang hanya dapat diberikan oleh agen non-migrator. Formulasisi ini lebih ringan dalam hal shear, sehingga konfigurasi baut distribusif yang lembut pada KTE-65 sudah cukup, dan warna tetap bersih karena tidak ada pengisi hitam yang digunakan.
Memilih Model Extruder yang Tepat
Tabel seleksi di bawah ini mencocokkan persyaratan standar dengan model Kerke dari seri KTE. Angka keluaran bersifat indikatif dan telah dikonfirmasi melalui percobaan; tujuannya adalah untuk menunjukkan bagaimana beban pengangkut, pengisian, dan volume tahunan mempengaruhi ukuran mesin. Semua model adalah ekstruder pengaduk gigi kembar berputar paralel dari Kerke, pabrik Wanplas, dan memiliki logika elemen gigi yang sama sehingga rumus yang dikembangkan dapat ditingkatkan dengan baik.
| Kebutuhan | Resistivitas target | Model yang disarankan | Kenapa model ini |
|---|---|---|---|
| Fomula baru, validasi laboratorium | Boleh saja | KTE-16B atau KTE-25 | Bahan kecil, perubahan baut yang cepat |
| Komponen antistatik berkapasitas rendah, 50 kg/jam | 10^8 sampai 10^10 | KTE-36 | Konfigurasi distribusi yang lembut cocok untuk agen |
| Antistatik permanen, 300 kg/jam | 10^8 hingga 10^11 | KTE-65 | Pengisi samping untuk agen, output yang stabil |
| Masterbatch hitam konduktif, 800 kg/jam | 10^3 hingga 10^6 | KTE-95 | Pengadukan yang agresif, torsi tinggi |
| Kelas silo berkapasitas besar, 2000 kg/jam | Di bawah 10^6 | KTE-135D | Produksi maksimum, pengisian sisi ganda |
| Material keras dua tahap | Boleh saja | Sistem KTE dua tahap | Ibu-bayi untuk dispersi yang sulit |
Ketika persyaratan mencakup baik konsentrat masterbatch maupun komposisi let-down, Wanplas sebagai merek induk dapat mengkoordinasikan lini yang cocok yang memadukan ekstruder KTE besar untuk konsentrat dengan unit yang lebih kecil untuk finishing, atau lini ekstrusi lembaran yang memadukan dan mengecal di satu langkah. Pemikiran terpadu seperti ini adalah mengapa pembeli berbicara dengan pabrik yang spesialis daripada mengasemble mesin yang tidak terkait. Saran di atas selalu dimulai dari target resistivitas dan tonase tahunan, lalu memilih mesin terkecil yang memenuhi kedua persyaratan dengan margin.
Pelayanan, pengujian, dan dukungan pabrik
Membeli ekstruder pengaduk ganda untuk komposisi antistatik hanyalah awalnya; hasil operasional tergantung pada pengujian, pelatihan, dan dukungan. Kerke, pabrik Wanplas, mendukung setiap lini dengan janji kelompok Wanplas yang sama, dan poin-poin di bawah ini adalah apa yang harus diharapkan oleh produsen komposisi ketika mesin tiba dan mulai produksi.
Penerimaan pabrik dan pengujian berjalan
Sebelum pengiriman, setiap jalur KTE dijalankan pada bahan yang representatif sehingga pelanggan dapat melihat hasil, profil termal, dan kualitas pellet. Untuk formula antistatik, uji ini meliputi pengukuran resistansi permukaan pelet yang dihasilkan dengan probe milik pelanggan atau probe yang telah disepakati, yang merupakan satu-satunya cara yang adil untuk memastikan bahwa peta gigi berfungsi. Kerke dokumentasikan resep yang telah diverifikasi dan tata letak elemen agar garis produksi dapat meniru hasil laboratorium tanpa menebak-nebak.
Instalasi, pengaturan, dan pelatihan
Para insinyur menginstal dan mengoperasikan jalur di lokasi, kemudian melatih tim pelanggan tentang penempatan baut, pengaturan pemasakan, dan pengelolaan resep dalam sistem kontrol. Karena senyawa antistatik sensitif terhadap perubahan kecil dalam kecepatan baut dan suhu tabung, pelatihan ini berfokus pada menjaga jendela proses yang ketat dan membaca tanda-tanda peringatan dari dispersi yang buruk, seperti resistansi yang meningkat atau garis-garis gelap pada senyawa yang terang. Pengawasan jarak jauh melalui sistem kontrol memungkinkan tim Kerke untuk memeriksa data proses dan memberikan saran dari pabrik jika diperlukan.
Spare part dan kebijakan pabrik terbuka
Strategi grup Wanplas mencakup bagian gratis sebesar USD 500 setiap tahun untuk lini yang tercover, ditambah penggantian gratis bagian yang rusak selama masa garansi. Elemen baut, liner tabung, dan blok pengaduk adalah bagian yang mudah aus dalam setiap komposisi konduktif karena karbon hitam bersifat abrasif, sehingga cadangan bagian yang direncanakan menjaga agar lini terus beroperasi. Kerke juga menerapkan kebijakan pabrik terbuka dan menyambut pelanggan untuk mengunjungi pabrik seluas 19.997 meter persegi, melihat lebih dari 2.000 mesin yang sudah beroperasi di lebih dari 70 negara, dan meninjau lebih dari 12 tahun pengalaman ekstruder komposisi sebelum melakukan pemesanan.
Jaminan kualitas
Wanplas Group menjanjikan kapasitas produksi, transportasi, dan standar kualitas, dengan komitmen pengembalian uang dan kompensasi jika kualitas tidak memenuhi spesifikasi yang telah disepakati. Untuk formula plastik antistatik, ini berarti bahwa rentang resistivitas dan keseragaman dispersi yang telah disepakati merupakan bagian dari kriteria penerimaan, bukan hanya kinerja mekanis mesin. Pengaturan janji komersial dengan target teknis inilah yang memungkinkan produsen menawarkan produk yang stabil kepada pelanggan mereka.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
Apa resistivitas permukaan yang menentukan plastik antistatik versus plastik konduktif?
Plastik antistatik biasanya ditentukan di bawah 10^9 ohm per persegi, sementara kelas konduktif ditentukan di bawah 10^6 ohm per persegi. Tujuan ini dipilih oleh aplikasi akhir dan tingkat risiko pengeluaran lingkungan, dengan rentang disipasi statis berada di antara keduanya.
Mengapa menggunakan extruder campuran gigi ganda daripada mesin gigi tunggal untuk bahan komposit konduktif?
Ekstruder gigi kembar yang berputar bersama memberikan gaya patah yang kuat dan terkontrol melalui blok pengaduk, serta memungkinkan pengisian bahan pengisi dengan beban tinggi dari samping, yang sangat penting untuk memecah agregat dan mencapai jaringan perkolasi yang seragam tanpa mengerjakan terlalu keras polimer. Mesin gigi tunggal tidak memiliki kontrol elemen independen yang diperlukan untuk dispersi yang konsisten.
Berapa banyak karbon hitam yang diperlukan untuk membuat plastik konduktif?
Untuk sebagian besar polimer, batas perkolasi berada antara 8 persen dan 15 persen berat dari karbon hitam konduktif, meskipun titik yang tepat tergantung pada kelas hitam, pembawa, dan kualitas dispersi dari ekstruder pengaduk ganda. Nanotubuh karbon dapat mencapai konduktivitas yang sama pada beban 1 persen hingga 3 persen.
Apakah plastik antistatik berwarna terang dapat dibuat tanpa pengisi hitam?
Ya. Agens antistatik permanen atau nanotube karbon dengan pengisian rendah menjaga senyawa tetap dekat dengan warna alami sambil mencapai band antistatik atau berkonduktivitas rendah. Nanotube karbon meningkatkan kelas biaya, sementara agen antistatik permanen adalah pilihan ekonomis ketika tujuan berada di bawah 10^9 ohm per persegi daripada berkonduktivitas penuh.
Apa konfigurasi baut yang paling cocok untuk dispersi nanotubus karbon?
Zona dispersif yang agresif namun terpecah dengan tiga hingga empat blok pengaduk pada sudut 60 hingga 90 derajat, ditempatkan setelah pengumpan samping, mengelupaskan kumpulan nanotube tanpa memecahkannya menjadi potongan-potongan yang tidak aktif. L/D yang dihabiskan di zona dispersif biasanya 10 hingga 14, dan peta tersebut dijamin pada ekstruder ganda laboratorium sebelum skala-up.
Apakah kelembaban mempengaruhi bahan antistatik selama ekstrusi?
Kelembaban sangat berpengaruh bagi bahan yang sensitif terhadap panas seperti poliamida dan karbon hitam yang menahan udara permukaan. Pengeringan resin sebelum pemasukan dan pengeluaran silinder di bawah vakum pada mesin ekstrusi penggabungan ganda-silinder menghilangkan kelembaban dan udara, melindungi jaringan dan mencegah celah atau hidrolisis.
Model Kerke mana yang harus dipilih oleh seorang formulator baru?
Sebuah formulator baru yang mengembangkan formula plastik antistatik dengan konduktivitas yang seragam harus memulai dengan mesin ekstrusi ganda-silinder laboratorium KTE-16B atau KTE-25 untuk menentukan peta silinder, kemudian menyesuaikan peta yang telah dikonfirmasi ke jalur produksi KTE-65, KTE-95, atau KTE-135D seiring dengan bertambahnya volume.
Kesimpulan
Rumus plastik antistatik yang seragam pada ekstruder pengaduk ganda sukses ketika tiga hal berjalan seiring: jalur tambahan yang tepat untuk target resistivitas dan warna, konfigurasi gigi yang menyebarkan pengisi tanpa merusak polimer, dan disiplin pengukuran yang mengkonfirmasi resistivitas permukaan batch demi batch. Hitam karbon tetap menjadi jalur dengan biaya rendah untuk resistivitas, tetapi selalu berwarna hitam, nanotube karbon mencapai resistivitas pada pengisian rendah dengan biaya premium, dan agen antistatik permanen menjaga warna sambil mendarat di band antistatik. Kerke, pabrik Wanplas, membangun seri KTE dari ekstruder ganda berputar paralel dan ekstruder ganda laboratorium yang membawa formula dari percobaan pertama ke garis produksi yang stabil, dengan pemberian samping, blok pengaduk yang dapat dikonfigurasi, dan ventilasi yang sesuai dengan bahan. Tabel seleksi dalam panduan ini menampilkan target resistivitas dan volume tahunan ke model yang benar, dan grup Wanplas yang berkelompok menjanjikan pengujian, pemasangan, pelatihan, bagian gratis sebesar USD 500 per tahun, dan kunjungan pabrik yang terbuka. Jika Anda sedang mengembangkan komposisi antistatik atau konduktif dan ingin konfigurasi gigi yang disesuaikan dan resistivitas yang dikonfirmasi pada bahan Anda sendiri, kirim spesifikasi dan sampel ke tim Kerke untuk uji coba dan peninjauan pabrik prosesnya.
